QbD 理念在中藥材生產過程中的應用

鄧淑芳， 劉潔麗， 邢冬梅， 孫宇靖，3， 王亞麗，3?

（1.甘肅中醫藥大學，甘肅蘭州730000；2.甘肅省當歸產業發展研究院，甘肅蘭州73000；3.甘肅省中藥質量與標準研究重點實驗室，甘肅 蘭州730000）

質量源于設計（QbD） 是美國食品藥品管理局（FDA）于2004 年提出的新型藥品質量管理理念［1］，是利用可靠的科學和質量風險管理來增加對產品生產工藝過程的理解和工藝控制的一種方法［2-3］。與質量源于檢驗（QbT） 和質量源于生產（QbP） 不同，QbD 理念強調通過預先設計來賦予產品最終的質量。目前，該理念主要應用于藥品研發［4］、制藥工藝條件優化［5-7］及中藥分析［8］等領域，在中藥材生產領域的研究較少。

中藥材是整個中藥產業鏈的開端，是中藥飲片、中藥提取物、中藥制劑及中藥保健品的基礎原料藥，也是中藥質量問題的源頭。當前，中藥材質量問題集中表現為栽培品種退化［9］、種質資源混亂［10］、重金屬和農殘超標［11-12］、SO2殘留量超標［13］、黃曲霉素污染［14］、藥效降低、蟲蛀、霉變、染色、摻偽、隨意增重［15］等，引起這些質量問題的因素主要是中藥材生產中選擇的產地環境不符合藥材的生長習性、品種混淆、種子種苗質量滯后、種植技術不規范、施肥不科學、病蟲害防治不當、采收加工過于隨意、包裝和貯藏不規范。對中藥材生產過程的質量控制，主要有中藥材生產質量管理規范（GAP） 的實施及GAP 基地的建設、危害分析和關鍵質量控制點體系（HACCP）［16-17］、中藥質量樹概念［18］、中藥材質量可追溯體系［19］等。目前，GAP 依然是中藥材生產過程質量控制的主流方法，但它只是對生產過程做了基本的規定，是藥材規范化種植的基本保障，缺乏實現質量控制的具體工具。與GAP 相比，QbD可以預先設計生產目標，進而通過生產工藝設計和生產工藝改進實現，可以彌補GAP 的不足，作為GAP 的輔助工具。基于此，本研究將QbD 理念引入中藥材生產環節，對影響該環節藥材質量的關鍵點進行分類研究，通過思考和分析，將該理念融入中藥材生產，通過預先設計，結合實際，生產符合設計目標的高質量藥材。

1 總體設想

1.1 設計目標 中藥材的用途多種多樣，不僅可以作為中藥飲片、中藥提取物及中藥制劑的原料藥，還可以直接用于疾病的治療，部分中藥材還可以作為藥食同源兩用。不同用途對藥材的質量要求不同，所以在該設想中將中藥材不同用途的質量要求作為設計目標。

1.2 質量屬性 為了滿足社會發展的需求，中藥材的質量評價標準由性狀特征轉變為化學成分含有量，但這兩種評價標準均太過單一和局限。現代研究表明，性狀特征可以影響內在有效成分含有量， 二者之間存在一定相關性［20-22］。王良信［23-24］認為性狀特征是有效成分的外在表現，應該被列為藥材質量評價主要項目之一。基于此，本文考慮將性狀特征和有效成分含有量作為該研究的關鍵質量屬性。

1.3 工藝參數 根據GAP 的操作程序，將中藥材生產過程劃分為產地環境、種質資源、栽培管理、采收加工、貯藏包裝5 個模塊，各個模塊有各自與關鍵質量屬性對應的關鍵工藝參數。產地環境模塊［25］為溫度、濕度、海拔、光照、經度、緯度、水分及土壤；種質資源模塊為①種子質量劃分依據［26］千粒重、含水量、凈度、發芽率、健康度及生活力等；②種苗質量劃分依據根及根莖類［27-30］有根粗、根長、根重、側根數、株高、株徑、種球直徑等；全草及葉類［31-34］有株高、地徑、根數、葉長、苗長、根長、苗粗、葉片數、單鮮株重等；花類藥材［35］有地徑、苗高等；栽培管理模塊為種植密度、育苗期、移苗期、施肥時間及肥料配比；采收加工模塊為生長年限、采收期及加工設備的儀器參數等；貯藏包裝模塊［36］為時間、溫度、濕度、光照、環境含氧量等。

1.4 設計空間 設計空間的目的是反映關鍵質量屬性和關鍵工藝參數之間的關系，確定工藝路線，保證產品的質量［37］。GAP 既是保證藥材規范化生產的最低標準，也是保證藥材質量穩定、均一的前提，所以在該設想中將GAP 作為總體設計空間，將產地環境、種質資源、栽培管理、采收加工及貯藏包裝5 個生產模塊作為5 個分設計空間。

1.5 總體設想框架 根據以上4 點研究，結合QbD 理念的實施過程，構建QbD 理念在中藥材生產過程中應用的總體設想框架，具體見圖1。

2 分類研究

2.1 產地環境 曹海祿等［25］研究表明，光照、溫度、濕度、降水、土壤、海拔等環境因子是影響中藥材品質的重要因素。辛博［38］通過研究產地氣候、土壤因子與黃芪藥材質量的相關性發現，氣溫、降雨量、日照時數及土壤中的礦質元素含有量均會對黃芪甲苷、毛蕊異黃酮甘等活性成分含有量產生促進或抑制作用；而7 月均溫、日照時數、相對濕度及緯度則會對黃芪藥材的根長、根粗等生長指標產生影響。

圖1 QbD 理念應用總體設想框架

綜上所述，根據QbD 理念，在產地環境這一分設計空間，以溫度、海拔、濕度、光照、經度、緯度、降水、土壤中微量元素含有量、土壤PH、水分等環境因子作為關鍵工藝參數，以有效成分含有量及性狀特征作為關鍵質量屬性，針對不同的藥材篩選其適宜的產地環境。

2.2 種質資源

2.2.1 產地、品種 潘雪梅等［39］研究發現，四川產的丹參丹參素含有量最高；陜西商洛產的丹參迷迭香酸含有量最高；山東產的丹參丹參酮ⅡA含有量最高。王明偉等［40］通過商權TOPSIS 模型評價12 個當歸不同栽培品種的質量發現，揮發油含有量和藁本內酯含有量以岷歸4 號最高，質量最佳。宋劍等［41］通過建立不同品種的淫羊藿指紋圖譜后發現，淫羊藿苷含有量和總黃酮含有量均以柔毛淫羊藿最高。

產地和品種也會對藥材品質產生影響，不同產地和品種的藥材在有效成分含有量方面存在較大差異。根據QbD理念，在實際工作中，可先根據目標藥材的不同用途，確定所需的有效成分，然后結合文獻研究報道的產地和品種對該目標藥材質量的影響，選擇適宜的產地和品種。

2.2.2 種子、種苗質量及分級 賀玉林等［42］根據不同來源的遠志種子的千粒重、含水量、發芽率及凈度值，將遠志種子質量分為3 個等級。于福來等［30］運用K-聚類法，結合側根數、種球直徑、知母皂苷BⅡ、芒果苷及新芒果苷等指標，將知母種苗質量分為3 個等級。張芳芳等［43］通過測定根長、根直徑、芽數及產量等指標，將丹參種苗分為5 個等級。

目前，中藥材種子質量分級標準均以千粒重、水分、發芽率、生活力、凈度及健康度為主要指標，而種苗質量分級標準研究主要集中在根及根莖類、全草類、葉類及花類，各類藥材在種苗質量分級標準指標方面存在較大差異。根據QbD 理念，在種子種苗選擇方面，可先依據兩者的分級指標對目標藥材的種子種苗進行質量分級，然后研究不同等級的種子種苗對藥材品質的影響，最后根據目標藥材的質量要求，選擇適宜的種子種苗。

2.3 栽培管理

2.3.1 種植 張新慧等［44］通過研究不同茬口對當歸藥材質量的影響后發現，揮發油含有量和藁本內酯含有量以黃芪茬口最高，浸出物含有量以小麥茬口最高。紀瑛等［45］發現，與常規的不吊蔓模式相比，采用吊蔓、密度為22.2 萬株／hm2的栽培方式，黨參產量更高。李連珍等［46］通過研究不同育苗期和移栽期對裕丹參產量和品質的影響后發現，早育苗和早移栽對裕丹參的生長發育和有效成分的積累有促進作用。朱金霞等［47］發現，枸杞的光合特性和產量受灌水量的影響。

前茬物類別、種植方式、栽培密度、育苗期、移苗期、灌水期及灌水量均影響藥材最終的品質。根據QbD 理念，在種植環節，應先根據目標藥材對質量的要求，選擇適宜的茬口和種植方式，然后在此基礎上，將性狀特征和有效成分含有量作為關鍵質量屬性，以栽培密度、育苗期、移苗期、灌水期及灌水量作為關鍵工藝參數，設計種植技術規程。

2.3.2 施肥 邱黛玉等［48］發現，施肥對黃芪生育中期的影響最大，施用N 肥37.50 kg／hm2、P2O590.00 kg／hm2、K2O 30.00 kg／hm2時，黃芪藥材產量最高； 施用N 肥45.00 kg／hm2、P2O5108.00 kgK2O 36.00 kg／hm2時，黃芪種子產量最高。王帥［49］通過田間試驗指出，丹參中丹酚酸B 和丹參酮ⅡA含有量受不同種類肥料的影響，其中丹酚酸B 含有量與N 肥量成正比，丹參酮ⅡA含有量與P肥量成正比。張麗萍等［50］發現，黃連植株的生長和小檗堿含有量受N、P、K 的影響，尤以缺N 最為嚴重。韋中強等［51］發現，青蒿產量受N 和P 的影響，青蒿素含有量受K的影響，當N ∶P=1 ∶1 時，適當增加K 含有量，不僅可以使青蒿素含有量成倍增加，還可以提高青蒿的產量。

肥料的種類、施肥時間、肥料配比會對藥材的有效成分含有量和不同生長部位產生不同的影響。根據QbD 理念，在實際生產中，可先根據藥材用途對其質量的要求，結合前人研究，選擇適宜的肥料種類；然后以性狀特征和有效成分含有量作為關鍵質量屬性，以施肥時間、肥料配比作為關鍵工藝參數，設計施肥工藝。如丹參用作注射液時，有效成分是丹參酮ⅡA，在施肥時則需適當要增加P 肥的用量，降低N 肥的用量；而在復方丹參滴丸中，丹參發揮藥效的物質基礎是酚酸類成分，所以在施肥時要適當的增加N 肥的用量，減少P 肥的用量。

2.4 采收加工

2.4.1 生長年限和采收期 畢博等［52］通過研究生長年限和采收期對長白山玉竹質量的影響后發現，總黃酮、總皂苷和總多糖含有量隨生長年限的增加而增加，在10 月中旬三者的含有量均達到最高水平，最終得出6 年生，10 月中旬采收的長白山玉竹質量最佳。繆曉素等［53］采用裂區試驗發現，春季（5 月～6 月） 是黃芩適宜的采收期。王宗權等［54］研究了3 年生～7 年生、9 月～11 月采收的黃芪藥材中3 種黃芪皂苷含有量的動態變化發現，4 年為黃芪最佳的生長年限，9 月下旬為最佳采收期。

不同生長年限和采收期與藥材質量優劣息息相關。根據QbD 理念，在藥材采收環節，可先根據設計目標，確定藥材質量要求，然后以性狀特征和有效含有量作為關鍵質量屬性，以生長年限和采收期作為關鍵工藝參數，設計藥材采收方式。

2.4.2 加工 現代研究表明， “揉搓” 會對黃芪藥材的外觀性狀、顯微結構及指標性成分含有量產生影響，且黃芪“揉搓” 后更能適應高溫高濕的極端環境條件［55］。郝江波等［56］研究發現，與陰干、曬干等傳統干燥方式相比，經殺青、烘干等現代干燥方式干燥的金銀花多呈鮮綠色，有機酸含有量更高。呂潔麗等［57］研究了陰干、曬干、烘干、微波干燥、真空干燥、遠紅外干燥、傳統熏制及燃料熏制8種干燥方式對當歸多糖含有量的影響，發現微波中火更有利于當歸多糖含有量的保存。彭芳等［58］研究了蒸制和切片兩種產地初加工方式對肉蓯蓉質量的影響，蒸制處理有利于肉蓯蓉苯乙醇甘苷類和醇溶性浸出物含有量的積累，切片處理有利于肉蓯蓉多糖和可溶性多糖含有量的積累。徐凌川等［59］發現，白首烏采用趁鮮蒸后切片烘干，不去皮的產地加工方式，其卵磷脂含有量最高，可達0.386%。

產地初加工是影響藥材品質的另一個重要環節，不同的藥材有不同的加工方式，而不同的加工方式又對藥材質量有不同的影響。干燥是藥材產地加工的重要環節，不同干燥方式對藥材性狀特征和有效成分含有量影響較大。根據QbD 理念，在藥材加工環節，應首先根據目標藥材的用途，確定所需的目標成分，然后根據藥材的特性和前人的研究，選擇適宜的產地加工方式，再以有效成分含有量和性狀特征作為關鍵質量屬性，以不同的加工方式所需的影響因子作為關鍵工藝參數，如“揉搓” 為揉搓次數、力度、時間；蒸制為蒸制時間、溫度、次數；干燥為溫度、時間、設備儀器參數等，設計和選擇藥材加工工藝路線。

2.5 貯藏包裝 馬鵬等［60］通過研究不同包裝方式和貯藏方法及貯藏時間對灰氈毛忍冬外觀性狀和內在成分的影響后認為，低溫（5 ℃）、避光（具內膜）、密封貯藏不超過24 個月是其最優的包裝貯藏方案。駱驕陽等［61］研究發現，陳皮適宜貯藏的環境為低溫低濕，且包裝材料不宜采用牛皮紙和編織袋，因為這兩種包裝材料會使水分含有量高于藥典標準，橙皮苷含有量低于藥典標準。

在藥材貯藏和包裝環節，可能會發生蟲蛀、霉變等現象，為了防止這些現象的發生，需要選擇適宜的貯藏環境和包裝方式。根據QbD 理念，在貯藏和包裝環節，應先依據藥材用途，確定質量要求，在文獻研究的基礎上，設計包裝方式，然后以溫度、濕度、時間、光照及環境含氧量等作為關鍵工藝參數，以有效成分含有量和性狀特征作為關鍵質量屬性，結合試驗設計，篩選最佳貯藏包裝方案。

3 討論

根據QbD 理念在中藥材生產過程中應用的研究發現，環境、種質、栽培、采收、加工、包裝及貯藏等因素均影響藥材最終的質量。而每個因素內又包含與該因素關鍵質量屬性相對應的多個關鍵工藝參數，其范圍及最終的選值又會對藥材的品質產生關鍵性的影響，依據藥典對藥材進行的檢驗結果并不能代表判定藥材質量是否合格的唯一標準。

QbD 理念完全符合現代藥物質量評價體系遵循的安全、有效、質量可控的原則，能夠通過預先設計賦與產品更好的質量。目前，對中藥材質量的控制依然沿襲一個或幾個化學成分含有量的質控模式，未能對整個生產過程的質量進行把控。將QbD 理念運用到中藥材種植過程，根據不同藥材的不同用途對生長環境、種質、栽培、采收、加工、貯藏及包裝的要求，通過設計與實踐的結合，制訂符合該藥材特點的一系列標準化種植規程、良種繁育規程、種子種苗質量分級標準、采收加工標準及貯藏包裝標準等，從藥材質量的源頭進行把控，是現代中藥材產業發展的必然趨勢。